Produção de etanol de segunda geração por co-cultura de Saccharomyces cerevisiae ATCC 26602 e Pachysolen tannophilus CCT 1891 a partir da hidrólise ácida de sabugo de milho, sisal e resíduos de mandioca utilizados como substratos
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Data
2022-10-27
Autores
Orientador
Garcia-Cruz, Crispin Humberto 
Coorientador
Pós-graduação
Engenharia e Ciência de Alimentos - IBILCE
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Os materiais lignocelulósicos são gerados em grande quantidade por resíduos industriais, da agricultura, resíduos urbanos, entre outros. Estes podem ser utilizados como fonte de biomassa para a produção de etanol de segunda geração. Os biocombustíveis apresentam uma combustão que agride menos a atmosfera quando comparado com a queima dos combustíveis fósseis. Isso torna indispensável à pesquisa por etanol celulósico. Portanto, o objetivo desse trabalho foi produzir etanol de segunda geração a partir de hidrolisados ácidos de sabugo de milho, sisal e resíduos de mandioca. Para isso, esses materiais foram hidrolisados com ácido sulfúrico diluído em diferentes concentrações (0,0 até 5,5%) e dois tempos de aquecimento em autoclave (15 e 30 min.). Estes hidrolisados foram desintoxicados para remover compostos inibitórios da fermentação. As fermentações realizadas utilizaram as leveduras Saccharomyces cerevisiae ATCC 26602 e Pachysolen tannophilus CCT 1891 em um meio sintético composto por diferentes concentrações de glicose ou xilose (2,0; 4,0 e 6,0%) para a avaliação dos melhores parâmetros a serem utilizados durante a fermentação dos hidrolisados dos resíduos lignocelulósicos. Além das concentrações foram avaliados o pH inicial (5,5; 6,0 e 6,5) e a agitação do meio (0, 50 e 100 rpm). Os hidrolisados que apresentaram os melhores rendimentos em açúcares fermentescíveis foram selecionados para substituição da glicose e/ou xilose nas fermentações. Os parâmetros selecionados para a hidrólise ácida dos substratos foram 2,5% de ácido sulfúrico e 15 min. de aquecimento em autoclave (121 ºC/ 1.1 atm.). O sabugo de milho resultou em 39,99 g.L-1 de açúcares totais, 35,57 g.L-1 de açúcares redutores e 1,77 g ác. vanílico/g de compostos fenólicos. Para o sisal foram 12,90 e 9,04 g.L-1 de açúcares totais e redutores e 1,65 g ác. vanílico/g de compostos fenólicos; e para os resíduos de mandioca a melhor concentração do ácido foi de 2,0%, também durante 15 min., resultando em 66,91 e 48,43 g.L-1 de açúcares totais e redutores e 0,27 g ác. vanílico/g de compostos fenólicos. Após a desintoxicação, os teores de compostos fenólicos diminuíram de 50 a 70%. Os melhores resultados das fermentações realizadas com a S. cerevisiae, no meio sintético de glicose, mostram que o crescimento celular e produção de etanol foi no meio sem agitação (0 rpm) e pH inicial de 6,5 proporcionando 28,37 g.L-1 de etanol. A fermentação com P. tannophilus foi realizada com agitação de 50 rpm e no mesmo pH e concentração iniciais para S. cerevisiae. A fermentação pelo consórcio foi realizada utilizando esses parâmetros selecionados. A inoculação das duas leveduras no inicio da fermentação atingiu o melhor teor de etanol (23,93 g.L-1) em 24 h de incubação. A substituição da fonte de carbono pelos hidrolisados promoveu desenvolvimento celular e produção de etanol. Os hidrolisados sabugo de milho produziram 12,40 g.L-1 de etanol, no hidrolisado de sisal foi alcançado 10,50 g.L-1 e nos resíduos de mandioca 15,20 g.L-1 de etanol. Portanto, esses resíduos lignocelulósicos são uma alternativa para a produção de etanol 2G.
Resumo (inglês)
Lignocellulosic materials are generated in large quantities by industrial, agricultural and urban waste, among others. These can be used as a source of biomass for the production of secondgeneration ethanol. Biofuels have a combustion that is less harmful to the atmosphere when compared to the burning of fossil fuels. This makes the search for cellulosic ethanol indispensable. Therefore, the objective of this work was to produce second-generation ethanol from acid hydrolysates of corn cob, sisal and cassava residues. For this, these materials were hydrolyzed with diluted sulfuric acid at different concentrations (0.0 to 5.5%) and two heating times in an autoclave (15 and 30 min.). These hydrolysates were detoxified to remove inhibitory compounds from fermentation. The fermentations carried out used the yeasts Saccharomyces cerevisiae ATCC 26602 and Pachysolen tannophilus CCT 1891 in a synthetic medium composed of different concentrations of glucose or xylose (2.0; 4.0 and 6.0%) to evaluate the best parameters to be used. during the fermentation of lignocellulosic residue hydrolysates. In addition to the concentrations, the initial pH (5.5, 6.0 and 6.5) and the medium agitation (0, 50 and 100 rpm) were evaluated. The hydrolysates that presented the best yields in fermentable sugars were selected to replace glucose and/or xylose in the fermentations. The parameters selected for the acid hydrolysis of the substrates were 2.5% sulfuric acid and 15 min. heating in autoclave (121 ºC/ 1.1 atm.). Corn on the cob resulted in 39.99 g.L-1 of total sugars, 35.57 g.L-1 of reducing sugars and 1.77 g. vanillic/g of phenolic compounds. For sisal, there were 12.90 and 9.04 g.L-1 of total and reducing sugars and 1.65 g ac. vanillic/g of phenolic compounds; and for cassava residues, the best acid concentration was 2.0%, also during 15 min., resulting in 66.91 and 48.43 g.L-1 of total and reducing sugars and 0.27 g. vanillic/g of phenolic compounds. After detoxification, the levels of phenolic compounds decreased from 50 to 70%. The best results of the fermentations carried out with S. cerevisiae, in the synthetic glucose medium, show that cell growth and ethanol production occurred in the medium without agitation (0 rpm) and initial pH of 6.5, providing 28.37 g.L-1 of ethanol. Fermentation with P. tannophilus was carried out with stirring at 50 rpm and at the same initial pH and concentration for S. cerevisiae. The consortium fermentation was performed using these selected parameters. The inoculation of the two yeasts at the beginning of the fermentation reached the best ethanol content (23.93 g.L-1 ) in 24 h of incubation. The replacement of the carbon source by the hydrolysates promoted cell development and ethanol production. The corn cob hydrolysates produced 12.40 g.L-1 of ethanol, in the sisal hydrolyzate it was reached 10.50 g.L-1 and in the cassava residues 15.20 g.L-1 of ethanol. Therefore, these lignocellulosic residues are an alternative for the production of 2G ethanol.
Descrição
Palavras-chave
Fermentação , Resíduos , Lignocelulósicos , Combustível , Celulose , Lignina , Fermentation , Waste , Lignocellulosic , Fuel , Cellulose , Lignin
Idioma
Português